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目前仍然在努力對(duì)抗包括病毒感染、癌癥和藥物過敏等各種疾病，而通過透皮遞藥系統(tǒng)來輸送疫苗則成為了人類自我保護(hù)重要的武器。匹茲堡大學(xué)的科學(xué)家們使用Nanoscribe的雙光子微納3D打印設(shè)備制作了微針陣列（Microneedle arrays，MNAs），成功研發(fā)了一種新型皮膚微針陣列遞藥系統(tǒng)。他們把增材制造技術(shù)運(yùn)用到制作微針陣列原型，并以之為主模型復(fù)制并擴(kuò)大生產(chǎn)可溶微針陣列。研究人員稱未來有望進(jìn)入臨床試驗(yàn)并投入使用。

3D-printed prototype of an array of microneedles. These needles are designed for the efficient delivery of vaccines into specific skin layers. Image: Emrullah Korkmaz, University of Pittsburgh

為了安全且有效地預(yù)防多種疾病，科研人員正在積極研發(fā)不同疫苗，包括現(xiàn)在正在肆虐的由SARS-Cov-2冠狀病毒引起地coronavirus disease 2019。疫苗可以通過刺激人體免疫系統(tǒng)來幫助我們抵抗傳染病。然而，傳統(tǒng)通過皮下注射的疫苗接種法，即將抗原傳遞到肌肉或皮下組織中，而非皮膚微環(huán)境中，都會(huì)伴隨不同程度的疼痛感，且傳統(tǒng)的疫苗接種法不具備高免疫原性，還有可能會(huì)讓患者產(chǎn)生不良免疫反應(yīng)。

3D微加工技術(shù)用于新型皮膚疫苗輸送系統(tǒng)

為了攻克這個(gè)難題，來自匹茲堡大學(xué)皮膚病學(xué)系，生物工程學(xué)系，臨床和轉(zhuǎn)化科學(xué)研究所， McGowan再生醫(yī)學(xué)研究所以及UPMC Hillman癌癥中心的科學(xué)家和工程師們組成了跨學(xué)科科研團(tuán)隊(duì)，共同研發(fā)了新型可溶性微針皮膚疫苗輸送系統(tǒng)。匹茲堡大學(xué)的納米制造和表征基金（NFCF）的研究人員運(yùn)用Nanoscribe的Photonic Professional GT系列3D打印設(shè)備來制作微針陣列的原型母版來生產(chǎn)可溶性微針陣列。這種新的藥物傳遞技術(shù)可以經(jīng)由皮膚促進(jìn)人體產(chǎn)生強(qiáng)大和持久的免疫。研究發(fā)現(xiàn)，皮膚含有密集的抗原呈遞和免疫輔助細(xì)胞，更適合于疫苗接種。

Dissolving undercut microneedles integrating fluorescently-labeled vaccine components. Image: Emrullah Korkmaz, University of Pittsburgh

Nanoscribe的打印設(shè)備具有高度3D設(shè)計(jì)自由度的特點(diǎn)且具備人性化的操作系統(tǒng)，因此科研人員在設(shè)計(jì)新款疫苗傳遞技術(shù)時(shí)不必為設(shè)計(jì)的復(fù)雜性而擔(dān)心，同時(shí)，對(duì)于醫(yī)學(xué)家們來說，能成功把醫(yī)學(xué)概念應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)中是十分令人興奮的事情。這也證明3D微納加工技術(shù)已然成為實(shí)現(xiàn)皮膚藥物或疫苗輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)。

為了確保該新型遞藥系統(tǒng)能將疫苗通過皮膚成功傳遞到人體，微針整列的每個(gè)部分都必須經(jīng)過精心設(shè)計(jì)。微針的半徑是能夠穿透皮膚組織的關(guān)鍵，針頭越尖，即半徑越小，皮膚傳統(tǒng)性就越好。此外，底座的圓角對(duì)于微針在實(shí)際運(yùn)用中的改善微針的力度也起著關(guān)鍵性的作用。而Nanoscribe的3D打印設(shè)備可以完美制作出納米級(jí)分辨率的微針，并且可以根據(jù)不同參數(shù)來優(yōu)化設(shè)計(jì)，無需任何復(fù)雜的要求。

復(fù)制批量生產(chǎn)微針整列

可溶性微針陣列由水溶性生物材料制成。在干燥狀態(tài)下，微針整列可機(jī)械性穿透皮膚表層，即角質(zhì)層，插入皮膚后吸收皮膚水分迅速溶解并將等量生物貨物輸送到皮膚微環(huán)境中。

運(yùn)用3D微納加工來制造微針陣列原型是批量生產(chǎn)可溶性微針整列的關(guān)鍵技術(shù)。從初的CAD設(shè)計(jì)開始就可一步到位，制作一個(gè)3D打印的微針整列（MNA）。然后運(yùn)用軟光刻技術(shù)（soft lithography），例如納米壓印技術(shù)，制作MNA的3D打印彈性體負(fù)模母版。通過UV光固化該母版來制作副本。后將多組副本（例如案例中為6個(gè)）安裝到由PolyJet3D打印技術(shù)制造的3D打印支架上。如圖所示，研究人員通過這一系列方法制作了微針陣列模型，后運(yùn)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)熱干燥技術(shù)做出了帶有多組分疫苗的MNA。

皮膚醫(yī)學(xué)院外科副教授醫(yī)學(xué)博士安德莉亞甘博特表示：“你永遠(yuǎn)不知道下一次流行病什么時(shí)候到來，這也是為什么資助疫苗研究很重要的原因。”這種新型疫苗傳遞系統(tǒng)是一種更有效，更可在患者之間傳遞的高科技版本。